The complex nature of damage in cer

The complex nature of damage in ceramic matrix composites (CMCs) renders conventional methods of measuring quantitative fracture properties impractical. This paper is the first of two-part series that assesses the feasibility of using the J-integral with full-field deformation data from digital image correlation (DIC) to characterize toughness in continuous fiber SiC/SiC CMC laminates. It provides a resource for best practices when incorporating experimentally measured, full-field deformation data into J-integral evaluations of toughness. The techniques discussed are important for researchers attempting to measure fracture properties in advanced materials with damage mechanisms that have yet to be well characterized. Two methods for evaluating potential energy release rates J are presented: (1) numerical integration over a line contour and (2) Gaussian integration over an area contour. Accuracy and path independency for both methods were verified using analytically derived deformation fields for a center-cracked, infinite plate of isotropic material under equi-biaxial tension. Inherent noise in the deformation data and necessary contour truncation at the crack surfaces reduced accuracy and introduced path dependency. However, this was mitigated by careful noise filtering of the deformation data prior to the evaluation of J. Applying the line and area integrals to DIC data from tapered, double-cantilever beam, acrylic compact tension specimens resulted in the findings that (1) both integrals measured fracture toughness within a range of published values; (2) both integrals captured the constant stress intensity factor behavior that is characteristic of the tapered beam geometry; and (3) the area integral measurements were consistently larger than line integral measurements. The area integral is more accurate than the line integral as it samples more data points, reducing its sensitivity to experimental noise. Although variability in experimental data can be minimized, it cannot be eliminated. Measurement error is inevitable; thus, the line and area integrals must be used with caution when characterizing quantitative properties including fracture toughness.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ลักษณะซับซ้อนของความเสียหายในเมตริกซ์เซรามิกคอมโพสิต (CMCs) สภาพทั่วไปวิธีการวัดคุณสมบัติเชิงปริมาณกระดูกมาก เอกสารนี้เป็นครั้งแรกของชุดสองส่วนที่ประเมินความเป็นไปได้ของการใช้ทฤษฎีบูรณาการ J แมพเต็มฟิลด์ข้อมูลจากความสัมพันธ์ของภาพดิจิตอล (ดิ๊กส) ต้องกำหนดลักษณะนึ่งใน CMC SiC/SiC ประกบใยอย่างต่อเนื่อง อีกทั้งทรัพยากรสำหรับปฏิบัติเมื่อเพจ experimentally วัด แมพเต็มฟิลด์ข้อมูลประเมินทฤษฎีบูรณาการ J นึ่ง เทคนิคที่กล่าวถึงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับนักวิจัยที่พยายามวัดทำคุณสมบัติวัสดุขั้นสูงกับกลไกความเสียหายที่ยังไม่ได้ดีทั้งหมด มีแสดงวิธีการสองวิธีในการประเมินศักยภาพพลังงานราคารุ่น J: รวม (1) ตัวเลขเส้นบรรทัดและรวม (2) Gaussian ผ่านเส้นตั้ง ความถูกต้องและเส้นทาง independency สำหรับทั้งสองเมธอดถูกตรวจสอบใช้ analytically มาแมพฟิลด์สำหรับจาน แตกศูนย์ อนันต์ isotropic วัสดุภายใต้ความตึงเครียด equi biaxial เสียงโดยธรรมชาติในแมพข้อมูลและตัดเส้นจำเป็นที่ผิวรอยแตกลดความถูกต้อง และแนะนำเส้นทางอ้างอิง อย่างไรก็ตาม นี้ถูกบรรเทา โดยระวังเสียงกรองข้อมูลแมพก่อนประเมินของ J. นำบรรทัดและปริพันธ์ตั้งดิ๊กสข้อมูลจากคานคู่ cantilever เรียว อะครีลิคขนาดกะทัดรัดความตึงเครียดไว้เป็นตัวอย่างให้ผลการวิจัยนั้น (1) นึ่งทั้งกระดูกปริพันธ์วัดภายในช่วงของการประกาศค่า (2) ปริพันธ์ทั้งสองจับพฤติกรรมปัจจัยความเข้มความเครียดคงที่เป็นลักษณะของเรขาคณิตลำเรียว และ (3) การตั้งเป็นวัดได้อย่างต่อเนื่องมากกว่าบรรทัดเป็นวัด บริเวณที่เป็นจะถูกต้องมากกว่าทฤษฎีบูรณาการบรรทัดเท่านั้นตัวอย่างจุดข้อมูลมากขึ้น ลดความไวของการทดลองเสียง ไม่สามารถจะตัดออกแม้ว่าสามารถจะลดความแปรผันในข้อมูลทดลอง ประเมินข้อผิดพลาดจะหลีกเลี่ยงไม่ได้ ดังนั้น ปริพันธ์บรรทัดและพื้นที่ต้องใช้ ด้วยความระมัดระวังเมื่อกำหนดลักษณะคุณสมบัติเชิงปริมาณรวมทั้งทำให้นึ่ง

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ธรรมชาติที่ซับซ้อนของความเสียหายในเมทริกซ์คอมโพสิตเซรามิก (CMCs) ทำให้วิธีการทั่วไปของการวัดคุณสมบัติเชิงปริมาณแตกหักทำไม่ได้ กระดาษนี้จะเป็นครั้งแรกของชุดสองส่วนที่ประเมินความเป็นไปได้ของการใช้ J-หนึ่งที่มีข้อมูลการเสียรูปเต็มสนามจากความสัมพันธ์ภาพดิจิตอล (DIC) ลักษณะเหนียวเส้นใยต่อเนื่องดังนี้ / CMC SiC ลามิเนต มันมีทรัพยากรสำหรับการปฏิบัติที่ดีที่สุดเมื่อผสมผสานการทดลองวัดข้อมูลการเสียรูปเต็มสนามเข้าไปในการประเมินผล J-หนึ่งของความเหนียว กล่าวถึงเทคนิคที่มีความสำคัญสำหรับนักวิจัยพยายามที่จะวัดคุณสมบัติการแตกหักในวัสดุขั้นสูงที่มีกลไกการเกิดความเสียหายที่ยังไม่ได้มีลักษณะดี สองวิธีสำหรับการประเมินอัตราการปล่อยพลังงานที่มีศักยภาพเจที่นำเสนอ (1) รวมตัวเลขมากกว่าเส้นบรรทัดและ (2) บูรณาการเสียนมากกว่ารูปร่างพื้นที่ ความถูกต้องและความเป็นอิสระเส้นทางสำหรับวิธีการทั้งสองได้รับการตรวจสอบได้โดยใช้ที่ได้มาวิเคราะห์ความผิดปกติสำหรับสาขาศูนย์แตกแผ่นที่ไม่มีที่สิ้นสุดของวัสดุ isotropic ภายใต้ความตึงเครียด equi-แกน เสียงธรรมชาติที่มีอยู่ในข้อมูลความผิดปกติและการตัดรูปร่างจำเป็นที่พื้นผิวแตกความถูกต้องลดการพึ่งพาและแนะนำเส้นทาง อย่างไรก็ตามนี่คือลดลงโดยการกรองเสียงรบกวนระวังความผิดปกติของข้อมูลก่อนที่จะมีการประเมินผลการใช้เจเส้นและพื้นที่ปริพันธ์ข้อมูล DIC จากเรียวคานสองครั้งที่เท้าแขน, คริลิคที่มีขนาดกะทัดรัดตัวอย่างความตึงเครียดส่งผลให้เกิดการค้นพบว่า (1) ทั้งสอง ปริพันธ์วัดแตกหักภายในช่วงของค่าตีพิมพ์; (2) อินทิกรัทั้งจับพฤติกรรมความรุนแรงปัจจัยความเครียดคงที่เป็นลักษณะของรูปทรงเรขาคณิตคานเรียว; และ (3) การวัดพื้นที่หนึ่งได้อย่างต่อเนื่องขนาดใหญ่กว่าการวัดเส้นหนึ่ง หนึ่งพื้นที่ที่มีความถูกต้องมากกว่าเส้นหนึ่งเป็นตัวอย่างมันมากขึ้นจุดข้อมูลลดความไวในการทดลองเสียง แม้ว่าความแปรปรวนในการทดลองสามารถลดก็ไม่สามารถตัดออก ข้อผิดพลาดในการวัดเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยง; จึงปริพันธ์เส้นและพื้นที่ที่จะต้องใช้ด้วยความระมัดระวังในลักษณะเชิงปริมาณรวมถึงคุณสมบัติความต้านทานการแตกหัก

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ธรรมชาติของความเสียหายในเซรามิกเมตริกซ์คอมโพสิต ( cmcs ) แสดงปกติวิธีการวัดคุณสมบัติเชิงปริมาณการใช้งานไม่ได้ กระดาษนี้เป็นครั้งแรกของชุดที่สองที่ประเมินความเป็นไปได้ของการใช้ j-integral ข้อมูลแมพสนามเต็มจากความสัมพันธ์ภาพดิจิตอล ( DIC ) ลักษณะความเหนียวในเส้นใยต่อเนื่อง SIC / SIC CMC ลามิเนตมันมีทรัพยากรสำหรับการปฏิบัติที่ดีที่สุดที่ผสมผสานการทดลองวัดเต็มสนามของข้อมูลลงใน j-integral ประเมินความเหนียว เทคนิคที่กล่าวถึงเป็นสำคัญสำหรับนักวิจัยพยายามที่จะวัดคุณสมบัติการแตกร้าวในวัสดุขั้นสูง ด้วยกลไกความเสียหายที่ยังไม่ได้รับก็เพียงสองวิธีการประเมินศักยภาพพลังงานปล่อยอัตรา เจ า ( 1 ) ตัวเลขรวมกว่าเส้น contour และ ( 2 ) การบูรณาการ ) เหนือเส้นเขต ความถูกต้องมีเส้นทางสำหรับวิธีการทั้งสองถูกตรวจสอบโดยใช้ทฤษฎีที่ได้มาการเขตศูนย์แตก แผ่นอนันต์ของตัววัสดุภายใต้เท่ากันความแข็งแรงแท้จริงเสียงในรูปข้อมูลที่จำเป็นและเส้นตัดที่แตกผิวลดการความถูกต้อง และแนะนำเส้นทาง แต่นี่มันเทียบเสียงระวังกรองข้อมูลแมพก่อนการประเมินของ ใช้เส้นและพื้นที่ผสมผสานข้อมูล DIC จากเรียวคู่สะพานบีมคริลิคแรงกระชับ ตัวอย่างผลพบว่า ( 1 ) วัดทั้งผสมผสานการแตกหักภายในช่วงของการเผยแพร่คุณค่า ; ( 2 ) integrals จับคงที่ความเครียดความเข้มด้านพฤติกรรมที่เป็นลักษณะของรูปทรงเรขาคณิต บีม เรียว และ ( 3 ) บริเวณที่เป็นวัดเสมอมีขนาดใหญ่กว่าเส้นวัดหนึ่งพื้นที่ครบถ้วนถูกต้องกว่าเส้นหนึ่งเป็นตัวอย่าง ข้อมูลเพิ่มเติม ลดความไวเสียงทดลอง แม้ว่าระยะเวลาในการทดลองสามารถลด มันไม่สามารถกำจัด ข้อผิดพลาดการวัดเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ดังนั้น บรรทัดและพื้นที่ส่วนประกอบจะต้องใช้ด้วยความระมัดระวัง เมื่อลักษณะสมบัติเชิงปริมาณรวมทั้งการแตกหัก .